王东
中国能源建设集团东北电力第二工程有限公司，辽宁 大连 116000
摘要：传统电厂备用电源自动投入装置(BZT),通常由电磁继电器,一般采用慢速切换模式,切换时间长等问题,大的脉冲电流,并可能扩大故障,等,不能满足电源开关的要求大容量单位。为了保证大容量机组的安全、可靠、稳定运行，必须对BZT装置进行优化，装置本身要微电脑化，电源要快速切换。
关键词：发电厂；厂用电源；BZT装置；优化设计
1、传统BZT装置存在的问题
目前,200MW及以下的小机组,其厂用电源系统的自动切换,普遍采用传统的备用电源自动投入装置(BZT)。它一般由电磁型继电器组成,采用慢速切换方式,已不能适应大容量机组厂用电源切换的要求,主要存在下述问题。
1.1传统BZT装置本身存在的问题
1.1.1低电压继电器可靠性不高
电压继电器采用电磁型继电器,其动作接点容易脱轴、卡牢,当工作母线电压消失时,继电器不会动作。现在大多数电厂已经把低电压继电器改为静态继电器,虽然其可靠性比电磁型继电器高,但由于生产厂家众多,产品质量好坏不一,用户反应质量可靠的静态继电器不多。
1.1.2 BZT闭锁继电器BSJ延时时间不稳定
BZT装置中的BSJ继电器,是电磁型延时中间继电器,它的功能是只允许BZT合闸1次。当工作电源开关跳闸时,BSJ延时返回,其延时返回时间应大于备用电源开关的固有合闸时间,一般取0.3～0.4s,才能保证备用电源可靠合闸。因为BSJ延时返回时间靠调节继电器的电磁铁间隙来实现,在长期运行中,调节螺丝容易松动,使BSJ延时返回时间缩短,其延时返回时间与备用电源开关固有合闸时间失配,以至BZT不能正确动作。
1.2传统BZT装置切换方式存在的问题
传统BZT普遍采用延时切换和串联切换2种切换方式。延时切换是指母线电压消失,母线残压下跌至低电压继电器动作值时,经延时先跳工作电源开关,再合备用电源开关。同时,为了防止开关偷跳或运行人员误拉工作电源开关,BZT一般采用将工作电源开关辅助接点直接(或经低压继电器、延时继电器)启动BZT出口中间继电器,实现备用电源自动投入。长期的运行实践证明,用这种方式进行厂用电切换,弊大于利,它主要存在以下几个问题。
1.2.1切换时间长
由于采用低电压启动,其低电压时间必需躲过系统故障和高压电动机内部故障切除时间,即:
t=t1+Δt
式中t1———系统故障以及高压电动机内部故障继电保护最大动作时限;
Δt———时限阶段,一般取0.5～0.7s。
厂用电工作电源以及电动机过流保护动作时间一般为0.5～1.5s,所以BZT延时切换时间为1～2s。BZT切换时间过长,首先是对机、炉辅机电动机不利,电动机容易发热。其次是对锅炉的稳定运行不利,切换时间过长,锅炉辅机转速明显下降,如磨煤机和排粉机转速下降到一定程度,其风粉比就不能保证。这样,就不能维持锅炉的正常燃烧。若此时BZT自投成功,厂用电恢复,未燃的燃料吹进炉膛,可能造成严重的爆炸事故。
1.2.2厂用电母线故障BZT自投故障扩大
厂用电母线故障多数是永久性故障。因为大容量机组6kV厂用电系统通常是不接地系统,一旦母线发生单相接地故障,其中性点电位偏移,非故障相电压抬高,母线绝缘薄弱部分容易被击穿,从而发展为两相接地故障。由于厂用电母线故障无保护,只能靠工作电源开关过流保护延时切除故障,这样母线拉弧,产生游离碳化物,形成了永久性相间接地短路。
工作电源开关经过流保护跳开后,BZT动作,合备用电源开关,等于向故障点又送了一次故障电流,备用电源开关由BZT后加速跳闸,切除故障,导致备用电源开关超出额定短路容量(油开关)而爆炸。更严重的是备用电源开关拒分(控制熔丝熔断),只能由备变后备保护切除故障,使故障范围扩大,损失惨重。
1.2.3冲击电流大
为了防止运行人员误拉工作电源开关或开关偷跳,传统的BZT装置中设计了快速串联切换方式。工作母线正常运行时,若工作电源开关跳闸(非故障跳闸),只要备用电源有电压,BZT就瞬时发出切换指令。200MW机组6kV工作电源和备用电源开关一般是电磁型开关,其固有合闸时间约180ms,切换时间为备用电源开关固有合闸时间加上工作电源开关辅助接点切换时间和BZT出口中间继电器动作固有时间(100ms左右),总的切换时间约280ms。此时厂用母线反馈电压与备用电源电压间的相角差最大,将对电动机造成很大的合闸冲击电流,可能损坏电动机。
2、厂用电切换方式的改进
根据《继电保护和自动装置设计技术规程》的规定:用于高压厂用电快速切换装置,与其相配合的断路器固有合闸时间应小于100ms。目前,真空断路器已在6kV厂用电系统中得到广泛应用,这样就能满足快速切换的要求。秉承传统的BZT的工作原理及特点,新的厂用电源快速切换方式分如下几类:
2.1按开关动作顺序分
2.1.1并联切换,先合上备用电源开关,使两电源短时并联,再跳开工作电源开关。这种方式多用于正常切换,如启、停机。
2.1.2串联切换,先跳开工作电源开关,在确认工作开关跳开后,再合上备用电源开关。母线断电时间至少为备用开关合闸时间,此种方式多用于事故切换。
2.1.3同时切换,介于并联切换和串联切换之间。合备用电源开关命令在跳工作电源开关命令发出之后、工作电源开关跳开之前发出。母线断电时间大于0ms而小于备用电源开关合闸时间,可设置延时来调整。这种方式既可用于正常切换,也可用于事故切换。
2.2按启动原因分
2.2.1正常手动切换,即由运行人员手动操作启动,快切装置按事先设定的手动切换方式(并联、同时)进行分合闸操作。
2.2.2事故自动切换,即由保护接点启动。发变组、厂用变和其他保护出口跳工作电源开关的同时,启动快切装置进行切换,快切装置按事先设定的自动切换方式(串联、同时)进行分合闸操作。
2.2.3不正常情况自动切换,主要有2种:一是母线失压,母线电压低于整定电压并达到整定延时后,装置自动启动,并按自动方式进行切换;二是工作电源开关误跳,由工作开关辅助接点启动快切装置,在切换条件满足时合上备用电源开关。
2.3按切换速度分
2.3.1快速切换
厂用电源系统中工作电源由发电机端经厂用高压工作变压器引入,备用电源由电厂高压母线或由系统经启备/变引入。正常运行时,厂用母线由工作电源供电,当工作电源侧发生故障时,必须跳开工作电源进线开关,合备用电源进线开关。
2.3.2残压切换
当残压衰减到20%～40%额定电压后实现的切换通常称为“残压切换”。残压切换虽能保证电动机安全,但由于停电时间过长,电动机自启动成功与否、自启动时间等都将受到较大限制。
结语
大容量机组的高压厂用电源自动切换问题,是关系到发电厂主设备安全、可靠、稳定运行的问题。在计算机技术高度发展的今天,BZT装置微机化,对并联切换、串联切换、残压切换3个功能的实现绝对没有问题。对于300MW及以上大机组的高压厂用电源系统,采用快速切换方式,具有绝对的优越性,主要为:(1)高压厂用电源自动切换时,备用电源电压与母线残压之间的角差小,从而对电动机绕组冲击明显减小;(2)缩短切换时间,有利于厂用母线电压的恢复和高压电机自启动,这对机炉系统的稳定运行有利。
参考文献：
[1]MFC2000-2 型微机厂用电快速切换装置技术说明.
[2]WBT-820 系列微机备自投装置技术及使用说明.